薩爾大學(xué)的工程師采用形狀記憶材料制成人工手臂，可以輕易拾起一片樹葉。這項技術(shù)為柔性輕型機(jī)器人手臂制造工業(yè)以及新穎假肢制造業(yè)帶來了福音。該人工手臂的肌纖維是由超細(xì)鎳鈦合金絲構(gòu)成，使其能夠?qū)崿F(xiàn)收縮和撓曲。這種材料本身具有的傳感特性，允許人工手臂進(jìn)行極其精確的運(yùn)動。在4月13日至4月17日的漢諾威工業(yè)博覽會上，Stefan Seelecke領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將展示他們的人工手臂原型，并展示如何利用形狀記憶“金屬肌肉”。

　　手是最理想的工具。經(jīng)過數(shù)百萬年的發(fā)展，大自然對手的設(shè)計可以說是盡善盡美，非常成熟。手的移動性和適應(yīng)性都非常強(qiáng)，而肌肉、韌帶、肌腱、骨骼和神經(jīng)之間的精湛配合點燃了人們開發(fā)如此靈活的工具的愿望。薩爾州大學(xué)機(jī)電工程與自動化技術(shù)中心Stefan Seelecke教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊正在采用一種基于鎳鈦合金的新技術(shù)來展開研究。工程師們用超細(xì)金屬絲制成人工手臂，這種金屬絲的直徑與人類頭發(fā)相當(dāng)，且收放自如。

　　“和其他技術(shù)相比，形狀記憶合金線具有非常明顯的優(yōu)勢，” Stefan Seelecke說。迄今為止，人工手臂具有非常復(fù)雜的技術(shù)背景，這使得它們非常依賴其他裝置和設(shè)備，例如電動機(jī)或氣動裝置等。這樣的結(jié)果是，它們往往非常笨重、缺乏靈活性、噪聲大且造價昂貴。“相反，由SMA金屬線制備的人工手臂不需要額外的裝置，使得其非常輕便、靈活且適應(yīng)性強(qiáng)，噪聲小且造價相對低廉。不僅如此，這些金屬線具有很高的能量密度，為其在有限的空間中的運(yùn)動提供了強(qiáng)有力的保障。” Seelecke解釋道。

　　“形狀記憶”指的是這種金屬線在變形后也能恢復(fù)到原始形狀。“鎳鈦合金這種特性是材料相變的必然結(jié)果。當(dāng)材料變熱以后，這種材料會改變其晶體結(jié)構(gòu)，使得其就像肌肉一樣。” Seelecke說。工程師采用了這種智能線組成人工手臂的肌肉。通過這種形狀記憶金屬絲連接手指關(guān)節(jié)，并作為手指前側(cè)屈肌和后伸肌。為了滿足快速運(yùn)動的要求，工程師通過將金屬線分組成束，以模仿肌纖維的結(jié)構(gòu)。這些金屬線雖然細(xì)如棉絲，卻強(qiáng)度驚人。“金屬絲迅速收縮和放松，同時具有很強(qiáng)的拉伸力。” Filomena Simone說。“這是由于大量的細(xì)線具有較大的表面積，使得熱量可以迅速消散，完成快速冷卻的過程。和單粗絲線不同，這種極細(xì)金屬線可以進(jìn)行快速的收縮和擴(kuò)展，就像人類的肌肉一樣。其結(jié)果是我們能夠?qū)崿F(xiàn)快速、自然的手指運(yùn)動。”

　　使用形狀記憶金屬線的另一個效果是，當(dāng)這種人工手臂正在進(jìn)行特定的運(yùn)動時也可以對外界干預(yù)進(jìn)行響應(yīng)，這意味著人類可以和這樣的機(jī)械裝置攜手合作。通過半導(dǎo)體芯片可以控制SMA金屬線進(jìn)行精確的運(yùn)動。不僅如此，這種系統(tǒng)不需要傳感器。“用這種材料制備的金屬絲具有傳感器的特性。控制單元通過電阻的測量數(shù)據(jù)可以分析出某一時間金屬線的精確位置。”Seelecke說。這使得手臂和手指能進(jìn)行精確的運(yùn)動。該研究小組將在2015年漢諾威工業(yè)博覽會上展示其系統(tǒng)原型，并通過一些手臂和手指的動作來展示該技術(shù)巨大的潛力。

　　研究人員希望繼續(xù)開發(fā)原型系統(tǒng)，并提高它模擬人手的方式。這將涉及手的運(yùn)動模式的建模以及SMA線材的傳感特性。該研究小組正在尋找開發(fā)合作伙伴。